張曉楠，宋宏利，李振杰

（1.河北工程大學(xué) 資源學(xué)院，河北 邯鄲056038；2.河北省地礦局石家莊綜合地質(zhì)大隊，石家莊050081）

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件和效用，包括對人類生存及生活質(zhì)量有貢獻(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和生態(tài)系統(tǒng)功能［1－2］，是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和基本條件。由于土地利用類型與生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)關(guān)系密切，因此研究LUCC下的區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值演變具有重要意義。近年來，我國學(xué)者在生態(tài)服務(wù)價值方面做了大量研究，取得了一定成果。例如，張明陽等［3］研究了桂西北典型喀斯特區(qū)生態(tài)服務(wù)價值的環(huán)境響應(yīng)及其空間尺度特征，表明該區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值隨高程、巖石類型、土壤類型分異明顯，并具有相應(yīng)的空間尺度特征；孫慧蘭等［4］研究了新疆伊犁河流域生態(tài)服務(wù)價值對土地利用變化的響應(yīng)，探討了伊犁河流域1985—2005年土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化特征；李保杰等［5］研究了礦區(qū)土地利用變化對生態(tài)服務(wù)價值損益的影響；宋宏利等［6］研究了冀南區(qū)域土地利用變化對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值的影響；吳海珍等［7］研究了內(nèi)蒙古多倫縣土地利用變化對生態(tài)服務(wù)價值的影響。已有研究大都從整體上評價土地利用變化對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值的影響，但事實上，生態(tài)服務(wù)價值及其變化具有空間異質(zhì)性，但關(guān)于該方面的研究鮮有報道。鑒于此，本文采用空間網(wǎng)格作為基本表達(dá)單元，以地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)技術(shù)為手段，在RS和GIS技術(shù)支持下研究邯鄲市土地利用類型及變化對區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值空間分異的影響，旨在為局部尺度土地的合理利用及生態(tài)環(huán)境改善提供合理依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

邯鄲市位于河北省最南部，太行山南段東麓和華北平原南部，地處東經(jīng)113°28′—115°28′，北緯36°04′—37°01′，屬典型的中緯度地區(qū)。與晉、魯、豫三省接壤，總面積12 000km2，其中市區(qū)面積457km2，總?cè)丝?49.9萬人，現(xiàn)轄4區(qū)1市14縣。邯鄲市地勢總體西高東低，地面縱坡為1／2 500～1／5 000，自西向東階梯狀分布著山地、丘陵、盆地、高平原、低平原，分別約占全市總面積的14.0%，14.6%，7.0%，28.8%，35.6%。

2 數(shù)據(jù)來源與分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為邯鄲市1997年和2007年Landset TM 遙感影像（空間分辨率為30m），輔助數(shù)據(jù)為邯鄲市1∶5萬地形圖、2007年邯鄲市行政區(qū)劃圖（比例尺為1∶10萬）、1994年和2006年邯鄲市土地利用現(xiàn)狀圖（比例尺為1∶1萬）及相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。根據(jù)相關(guān)資料［8］及實地情況，將邯鄲市土地利用類型劃分為：耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6大類。遙感影像采用UTM橫軸墨卡托投影，利用GPS采集的控制點(diǎn)對影像進(jìn)行精幾何校正，校正精度不大于0.5個像元。經(jīng)圖像融合、增強(qiáng)處理后，利用邯鄲市區(qū)域行政邊界對處理后的影像進(jìn)行裁剪，采用目視解譯結(jié)合計算機(jī)監(jiān)督分類得到1997年、2007年邯鄲市土地利用分類遙感圖像。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)服務(wù)價值計算 Costanza［9］、謝高地［10］、段瑞娟［11］等人分別提出了針對不同尺度、不同地域的生態(tài)服務(wù)價值計算方法，但生態(tài)服務(wù)價值具有區(qū)域性特征，不同的區(qū)域具有不同的土地利用生態(tài)結(jié)構(gòu)，因此，結(jié)合已有研究，本文采用償付意愿法來估算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值［12］。

結(jié)合邯鄲市土地利用類型結(jié)構(gòu)及區(qū)域特征建立了適合于本區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算公式（公式1）和土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值對照表（表1）。通過表1可知，邯鄲區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值除了建設(shè)用地外，與段瑞娟等［11］提出的北京區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值最為接近。

式中：E——研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值（億元）；Ai——研究區(qū)第i中土地利用類型的分布面積（km2）；Ci——單位面積土地利用類型i的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)。為計算生態(tài)服務(wù)價值空間分布特征，本文采用1 km×1km空間格網(wǎng)覆蓋整個研究區(qū)域，然后利用

表1 土地利用類型及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值對照表 萬元／km2

ArcGIS軟件的交叉表分析得出每個格網(wǎng)的土地利用類型面積，在此基礎(chǔ)上根據(jù)公式（1）將格網(wǎng)內(nèi)各種土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值累加，計算每個格網(wǎng)的生態(tài)服務(wù)總價值，最后通過符號分級顯示區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值的空間分布特征。

2.2.2 地統(tǒng)計學(xué)計算原理 地統(tǒng)計學(xué)是以具有空間分布特點(diǎn)的區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)，研究自然現(xiàn)象的空間變異與空間結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科［13］，以變異函數(shù)（半方差）作為主要的分析方法。變異函數(shù)是判別和分析區(qū)域性變量結(jié)構(gòu)性、隨機(jī)性和變異性的重要工具［14］，其計算公式為：

式中：r（h）——變量樣本點(diǎn)距為h的半方差；h——步長；n（h）——變量樣本點(diǎn)的點(diǎn)對數(shù)；Z（xi），Z（xi＋h）——區(qū)域化變量在xi和xi＋h處的數(shù)值。變異函數(shù)分析通常以對半變異函數(shù)圖的模型擬合為基礎(chǔ)，所考查的主要參數(shù)包括：C0（塊金值）、C0＋C（基臺值）、C0／（C0＋C）（塊金方差與基臺值之比）、C／（C0＋C）（空間結(jié)構(gòu)比）、a（變程）。當(dāng)h 較小時，變量在兩點(diǎn)（x，x＋h）處的觀測值z（x）與z（x＋h）具有某種程度的相關(guān)性，且這種相關(guān)性隨著h的增大而減小，當(dāng)h達(dá)到一定程度及步長a時，兩點(diǎn)不再具有相關(guān)性；C0＋C（基臺值）闡明了區(qū)域變量的最大變異程度，C則表示空間自相關(guān)部分引起的空間異質(zhì)性；C0／（C0＋C）（塊金方差與基臺值之比）反映了隨機(jī)部分引起空間異質(zhì)性占總空間異質(zhì)性的比重；C／（C0＋C）（空間結(jié)構(gòu)比）表示結(jié)構(gòu)因素對總空間異質(zhì)性的貢獻(xiàn)程度。

地統(tǒng)計半方差函數(shù)適合于處理以空間離散點(diǎn)方式存儲的空間數(shù)據(jù)，上述所得生態(tài)服務(wù)價值以格網(wǎng)為單元，表現(xiàn)為面柵格數(shù)據(jù)，因此需要將其轉(zhuǎn)換為以格網(wǎng)中心點(diǎn)表示的點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成功后便可將其作為輸入數(shù)據(jù)，通過分析南—北、東—西、東南—西北、東北—西南4個方向的半方差函數(shù)模型擬合圖及相關(guān)參數(shù)，闡明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間分異規(guī)律。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)服務(wù)價值空間分布

據(jù)附圖5可知，1997—2007年間邯鄲市生態(tài)服務(wù)價值在空間分布上并未發(fā)生劇烈改變，仍保持著較穩(wěn)定的空間分布格局，其中生態(tài)服務(wù)價值的典型高值區(qū)域主要分布于邯鄲市的岳城水庫及其周邊區(qū)域；高值區(qū)主要位于邯鄲市西部地區(qū)及中部零星區(qū)，這主要是因為該區(qū)域地形較高，據(jù)邯鄲市生態(tài)城市建設(shè)規(guī)劃需要，西部山地丘陵為生態(tài)屏障區(qū)，起到防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)環(huán)境、保持水土、水源涵養(yǎng)、構(gòu)成綠色生態(tài)體系的目的，這一地區(qū)進(jìn)行退耕還林種植了大量樹木，形成了綠色生態(tài)屏障為主體的林地，林地在生態(tài)服務(wù)價值計算模型中所占正向權(quán)重較大，從而使該區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值最高；生態(tài)服務(wù)價值較低的的區(qū)域主要分布于中部地區(qū)，該區(qū)域?qū)儆诔擎?zhèn)集結(jié)區(qū)，城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民用地呈聚集狀分布，工業(yè)設(shè)施完善，而城鎮(zhèn)聚落用地在計算過程中的權(quán)重較低，導(dǎo)致該區(qū)域指數(shù)偏低；生態(tài)服務(wù)價值中等的區(qū)域主要分布于邯鄲市北部、東部及南部邊緣地區(qū)，這主要是因為該區(qū)域地勢平坦，遠(yuǎn)離城市中心區(qū)，土地利用類型以農(nóng)用地為主，同時該區(qū)域水系較多，導(dǎo)致該區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值介于高低之間。

3.2 基于地統(tǒng)計的生態(tài)服務(wù)價值空間結(jié)構(gòu)分析

3.2.1 統(tǒng)計特征分析 按照經(jīng)典統(tǒng)計方法，對1997年和2007年邯鄲市生態(tài)服務(wù)價值及土地利用結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計分析（表2—3），結(jié)果表明：1997—2007年10a間，邯鄲市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈下降態(tài)勢，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值由1997年的1 095.8下降為2007年的1 053.3，均值由1997年的56.885降為2007年的56.874，標(biāo)準(zhǔn)差則由1997年的68.289降為2007年的68.207，這說明2007年的生態(tài)服務(wù)價值比1997年更加向均值區(qū)域靠攏，差距縮小。這主要是因為耕地面積、草地、水域面積減少，而建設(shè)用地大幅度增加，導(dǎo)致邯鄲市生態(tài)服務(wù)價值降低，盡管林地面積有較大幅度增加，促使生態(tài)服務(wù)價值增高，但其增高幅度難以彌補(bǔ)其他土地類型變化所導(dǎo)致的生態(tài)服務(wù)價值下降，因此總體呈下降趨勢勢。表2表明，1997年和2007年的邯鄲市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均呈偏態(tài)分布，因此在進(jìn)行地統(tǒng)計分析前需對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，使數(shù)據(jù)滿足高斯正態(tài)分布。

表2 邯鄲市1997年、2007年生態(tài)服務(wù)價值統(tǒng)計

表3 邯鄲市1997年、2007年土地利用類型結(jié)構(gòu)

3.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間變異結(jié)構(gòu)分析 據(jù)圖4及表4，邯鄲市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間結(jié)構(gòu)在東—西、南—北、東北—西南、西北—東南4個方向存在明顯的方向性特征，其中東—西和南—北方向的塊金效應(yīng)較為相似，差值僅為0.01，而東北—西南和西北—東南兩個方向的塊金效應(yīng)較為相似，差值為0.19，這表明東—西和南—北、東北—西南和西北－東南兩組方向上的誤差影響基本相同。變程反映了區(qū)域化變量在空間上的相關(guān)范圍，圖1表明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)范圍在4個方向上存在較明顯差異，大小順序為西北—東南＜南北＜東北—西南＜東—西，分別為23.3，32.0，33.6，37.1km，在東—西方向，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值具有大尺度的空間相關(guān)性，這說明該方向的土地利用類型呈聚集分布，具有較好的空間均質(zhì)性；西北—東南方向具有最小的變程，說明在該方向的生態(tài)服務(wù)價值只在局部尺度具有相關(guān)性，這是因為該方向的土地利用景觀呈現(xiàn)出較強(qiáng)的破碎性，空間異質(zhì)性嚴(yán)重。

C0／（C0＋C）是反映區(qū)域化變量空間異質(zhì)性程度的重要指標(biāo)，該比值反映了在空間變異的成分中區(qū)域因素（自然因素）和非區(qū)域因素（人為因素）的主導(dǎo)作用。從表4可知，生態(tài)服務(wù)價值在4個方向的比值順序為南—北＜東—西＜西北—東南＜東北—西南，分別為0.21，0.28，0.32，0.34，4個方向均不超過0.5，反映出邯鄲市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在所研究的尺度上具有較強(qiáng)的空間自相關(guān)格局 ，目前雖然受到一些地形、土壤類別等小尺度因素的影響 ，但還沒有達(dá)到破壞其原有空間格局的程度。

圖1 邯鄲市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值多方向空間結(jié)構(gòu)

表4 1997年邯鄲市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間結(jié)構(gòu)參數(shù)

4 結(jié)論

（1）1997—2007年10a間邯鄲市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總體比較穩(wěn)定，空間分布格局基本未發(fā)生改變，但通過極值分析，發(fā)現(xiàn)10a間區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值呈下降態(tài)勢，這主要是由耕地面積、草地、水域面積減少，而建設(shè)用地大幅度增加導(dǎo)致邯鄲市生態(tài)服務(wù)價值降低，盡管林地面積有較大幅度增加，促使生態(tài)服務(wù)價值增高，但其增高幅度難以彌補(bǔ)其他土地類型變化所導(dǎo)致的生態(tài)服務(wù)價值下降，因此總趨勢呈下降態(tài)勢；

（2）邯鄲地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值空間異質(zhì)性顯著，其中高值區(qū)域主要集中于邯鄲市西部山區(qū)、半山區(qū)地帶，這主要是因為根據(jù)邯鄲市生態(tài)城市建設(shè)規(guī)劃需要，西部山地丘陵為生態(tài)屏障區(qū)，起到防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)環(huán)境、水土保持、涵養(yǎng)水源、構(gòu)成綠色生態(tài)體系的目的，這一地區(qū)退耕還林，種植了大量樹木，形成了綠色生態(tài)屏障為主體的林地，土地利用類型以生態(tài)價值貢獻(xiàn)較大的林地為主；低值區(qū)域主要分布于城鄉(xiāng)交錯及城鎮(zhèn)建成區(qū)，呈現(xiàn)出云簇狀分布；中等價值區(qū)域呈現(xiàn)條帶狀分布，穿插于高低指數(shù)之間，主要分布于城鄉(xiāng)過渡地區(qū)?？傮w來講，邯鄲地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值呈現(xiàn)出從中間向四周特別是向西北部呈放射性增加趨勢。

（3）地統(tǒng)計學(xué)研究表明，邯鄲市生態(tài)服務(wù)價值的分布表現(xiàn)出顯著的方向性，尤其在東—西和西北—東南兩個方向，存在明顯的地帶分布差異，西北—東南方向的生態(tài)服務(wù)價值存在小尺度的相關(guān)性，即景觀的分布表現(xiàn)出一定的破碎性；生態(tài)服務(wù)價值在東西方向表現(xiàn)出大尺度的相關(guān)性，景觀分布表現(xiàn)出均質(zhì)性。同時，邯鄲市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在所研究的尺度上具有較強(qiáng)的空間自相關(guān)格局，目前雖然受到一些地形、土壤類別等小尺度因素的影響，但還沒有達(dá)到破壞其原有空間格局的程度。

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